(57)【要約】【課題】回転子コアを一体構造とした場合であって、主磁束を発生する永久磁石として残留磁束密度が低い永久磁石を用いた場合であっても、漏れ磁束を防止し、ギャップ中の磁束密度を高くすることができる永久磁石式回転機の回転子構造を提供する。【解決手段】回転子１を、シャフト２を嵌入する回転子コア１１と、回転子コア１１のシャフト２とは離間した位置に放射状に埋設される複数のフェライト磁石１２と、回転子コア１１のシャフト２とフェライト磁石１２との間に埋設される複数のネオジム磁石１３とから構成し、回転子コア１１に、回転子コア片１１４間を連結する連結部１１５を設け、ネオジム磁石１３を、径方向に対して対向配置されるフェライト磁石１２と磁化方向が同一となるように、且つ、周方向に対して隣接する回転子コア片１１４間でフェライト磁石１２の磁束が短絡するのを防止するように配設した。【選択図】図１
2013198303.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に対し、放射状に永久磁石を配してなる永久磁石式回転機の回転子構造において、
回転子が、
シャフトを嵌入して該シャフトと一体的に回転する回転子コアと、
前記回転子コアの前記シャフトとは離間した位置に放射状に埋設され主磁束を発生する複数の主永久磁石と、
前記主永久磁石に対して残留磁束密度が高く前記回転子コアの前記シャフトと前記主永久磁石との間に埋設される複数の補助永久磁石と
を備え、
前記回転子コアは、前記主永久磁石の周方向両側に位置する回転子コア片間を連結する連結部を備え、
前記補助永久磁石は、径方向に対して対向配置される前記主永久磁石と磁化方向が同一となるように、且つ、周方向に対して隣接する前記回転子コア片間で前記主永久磁石の磁束が短絡するのを防止するように配設される
ことを特徴とする永久磁石式回転機の回転子構造。
【請求項２】
前記補助永久磁石が、前記シャフトと前記主永久磁石との間であって前記シャフト側に配設され、前記連結部の前記主永久磁石と前記補助永久磁石との間を磁気飽和させることにより、周方向に対して隣接する前記回転子コア片間で前記主永久磁石の磁束が短絡するのを防止する
ことを特徴とする請求項１記載の永久磁石式回転機の回転子構造。
【請求項３】
前記補助永久磁石が前記シャフトと前記主永久磁石との間であって前記主永久磁石側に配設され、前記連結部の前記回転子コア片を挟んで対向する前記補助永久磁石間を磁気飽和させることにより、周方向に対して隣接する前記回転子コア片間で前記主永久磁石の磁束が短絡するのを防止する
ことを特徴とする請求項１記載の永久磁石式回転機の回転子構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石式回転機の回転子構造に関し、とくに回転軸に対し放射線状に永久磁石を配置した永久磁石式回転機の回転子構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、回転軸に対し放射状に永久磁石を配置することで、永久磁石式回転機のギャップ中の磁束密度を高めた永久磁石式回転機の回転子構造が知られている。このような回転子構造としては、回転子コアに永久磁石を埋め込むための貫通孔を設けることにより回転子コアを完全に一体で構成したもの（例えば、下記特許文献１，２等参照）と、回転子コアを一磁極ごとに分離させたもの（例えば、下記特許文献３，４等参照）の二種類の構造が公知となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１５２５３４号公報
【特許文献２】特開２０１０−４７２２号公報
【特許文献３】特開２００９−７７４６９号公報
【特許文献４】特開２０１１−７８２９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、上述した従来の回転子コアを完全に一体で構成した回転子構造においては、回転子コアの上述した貫通孔の径方向外側又は径方向内側に該貫通孔の周方向両側に位置する回転子コア同士を連結する連結部が存在することとなる。
【０００５】
連結部が存在しても、主磁束を発生する永久磁石にネオジム磁石のような残留磁束密度の高い磁石を使用する場合は、連結部が磁気飽和することで漏れ磁束を抑えることができ、ギャップ中の磁束密度が大きい回転機とすることができる。
【０００６】
しかしながら、主磁束を発生する永久磁石がフェライト磁石のような残留磁束密度が低い永久磁石の場合、連結部が磁気飽和せず、磁束のＮ極−Ｓ極間短絡により、電気特性が悪化してしまうおそれがある。
【０００７】
ここで連結部の径方向の幅を限りなく小さくすれば、その部分の磁気抵抗は大きくなり、残留磁束密度の低い磁石でも連結部を磁気飽和させることが可能であるが、遠心力に対する回転子コアの強度が不足するといった問題が生じてくる。
【０００８】
また、上述した従来の回転子コアを一磁極ごとに分離させた回転子構造においては、上述した連結部を構造的に切り離し、非磁性体のリングを設ける等によりシャフト、回転子コア及び永久磁石を一体的に固定する構造とすることで、回転子コアを一磁極ごとに分離することができる。
【０００９】
このように回転子コアを一磁極ごとに分離すれば、フェライト磁石のような残留磁束密度が低い永久磁石でも、磁束がＮ極−Ｓ極間で短絡するのを防ぎ、主磁束量を大きくすることができる回転子構造を得ることができる。
【００１０】
しかしながら、回転子コアを分離する場合、分離されたコアをシャフトと精度よく組付けるためには多くの部材と工数を要するといった問題があった。また、特許文献３のように、分離された複数のコアをシャフトと永久磁石と共に樹脂で一体化して回転子を構成するような場合、回転子コアの外周面を覆うように樹脂で固定させるため、結果的にギャップ面が拡大して電気特性が悪化するおそれがある、という問題があった。
【００１１】
このようなことから本発明は、回転子コアを一体構造とした場合であって、主磁束を発生する永久磁石として残留磁束密度が低い永久磁石を用いた場合であっても、漏れ磁束を防止し、ギャップ中の磁束密度を大きくすることができる永久磁石式回転機の回転子構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決するための第１の発明に係る永久磁石式回転機の回転子構造は、回転軸に対し、放射状に永久磁石を配してなる永久磁石式回転機の回転子構造において、回転子が、シャフトを嵌入して該シャフトと一体的に回転する回転子コアと、前記回転子コアの前記シャフトとは離間した位置に放射状に埋設され主磁束を発生する複数の主永久磁石と、前記主永久磁石に対して残留磁束密度が高く前記回転子コアの前記シャフトと前記主永久磁石との間に埋設される複数の補助永久磁石とを備え、前記回転子コアは、前記主永久磁石の周方向両側に位置する回転子コア片間を連結する連結部を備え、前記補助永久磁石は、径方向に対して対向配置される前記主永久磁石と磁化方向が同一となるように、且つ、周方向に対して隣接する前記回転子コア片間で前記主永久磁石の磁束が短絡するのを防止するように配設されることを特徴とする。
【００１３】
上記の課題を解決するための第２の発明に係る永久磁石式回転機の回転子構造は、第１の発明に係る永久磁石式回転機の回転子構造において、前記補助永久磁石が、前記シャフトと前記主永久磁石との間であって前記シャフト側に配設され、前記連結部の前記主永久磁石と前記補助永久磁石との間を磁気飽和させることにより、周方向に対して隣接する前記回転子コア片間で前記主永久磁石の磁束が短絡するのを防止することを特徴とする。
【００１４】
上記の課題を解決するための第３の発明に係る永久磁石式回転機の回転子構造は、第１の発明に係る永久磁石式回転機の回転子構造において、前記補助永久磁石が前記シャフトと前記主永久磁石との間であって前記主永久磁石側に配設され、前記連結部の前記回転子コア片を挟んで対向する前記補助永久磁石間を磁気飽和させることにより、周方向に対して隣接する前記回転子コア片間で前記主永久磁石の磁束が短絡するのを防止することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
上述した本発明に係る永久磁石式回転機の回転子構造によれば、回転子コアが一体構造で、主磁束を発生する永久磁石がフェライト磁石のように残留磁束密度が低い永久磁石であっても漏れ磁束を防ぎ、ギャップ中の磁束密度が高い回転機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施例１に係る永久磁石式回転機の回転子構造を示す断面図である。
【図２】本発明の実施例１に係る永久磁石式回転機の回転子構造の回転子鉄心を示す断面図である。
【図３】本発明の実施例２に係る永久磁石式回転機の回転子構造を示す断面図である。
【図４】本発明の実施例２に係る永久磁石式回転機の回転子構造の回転子鉄心を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照しつつ本発明に係る永久磁石式回転機の回転子構造について説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１及び図２を用いて本発明の実施例１に係る永久磁石式回転機の回転子構造を詳細に説明する。
【００１９】
図１に示すように、本実施例に係る永久磁石式回転機の回転子構造において、回転子１は、非磁性体からなるシャフト２を嵌入して該シャフト２と一体的に回転する回転子コア１１と、回転子コア１１に放射状に埋設され主磁束を発生する複数（図１では８個）の主永久磁石としてのフェライト磁石１２と、同じく回転子コア１１に埋設されフェライト磁石１２に比較して残留磁束密度が高い複数（図１では８個）の補助永久磁石としてのネオジム磁石１３とを備えて構成されている。
【００２０】
図２に示すように、回転子コア１１は軸心部に形成されシャフト２が嵌入されるシャフト孔１１１と、シャフト孔１１１の径方向外側に該シャフト孔１１１とは間隙を置いて放射状に配設される複数（フェライト磁石１２と同数。図２では８個）の第一磁石孔１１２と、シャフト孔１１１と第一磁石孔１１２との間の間隙に配設された複数（ネオジム磁石と同数。図２では８個）の第二磁石孔１１３とを備えている。
【００２１】
第一磁石孔１１２は断面視概ね矩形状の貫通孔であり、周方向に対して等間隔に配置されてフェライト磁石１２が挿入される。本実施例において第一磁石孔１１２は回転子コア１１を外周面側から切り欠いた形状となっており、その径方向外端部はフェライト磁石１２の径方向の位置を拘束するために周方向の幅が狭くなっている。
【００２２】
これにより、フェライト磁石１３は回転子コア１１の外径に対して所定距離だけ径方向内側に配設されることとなり、また、周方向に相互に隣接する第一磁石孔１１２間に位置する回転子コア片１１４はその径方向外端部が周方向に隣接する回転子コア片１１４の径方向外端部と離間した状態となっている。
【００２３】
また、第二磁石孔１１３は断面視概ね矩形状の貫通孔であり、第一磁石孔１１２と同様に周方向に等間隔に配置されてネオジム磁石１３が挿入される。本実施例において第二磁石孔１１３は回転子コア１１をシャフト孔１１１側から切り欠いた形状となっている一方、第一磁石孔１１２との間に間隙を有している。そして、この間隙が、周方向に相互に隣接する回転子コア片１１４を連結する連結部１１５となっている。
【００２４】
なお、図１に太線で示す矢印はフェライト磁石１２の磁化方向、細線で示す矢印はネオジム磁石１３の磁化方向を表している。図１に示すように、連結部１１５を挟んで対向配置されるフェライト磁石１２とネオジム磁石１３とは、磁化方向が等しくなるように、それぞれ第一磁石孔１１２、第二磁石孔１１３に挿入されている。
【００２５】
ここで、回転子コア１１の図示しないステータ側表面に現れる磁極は、一磁極当たり図１中に矢印で示す向きに着磁された二つのフェライト磁石１２が発生する主磁束によって構成される。
【００２６】
このとき、本実施例に係る永久磁石式回転機の回転子構造においては、フェライト磁石１２とネオジム磁石１３との間に位置する連結部１１５を図１中に矢印で示す向きに着磁されたネオジム磁石１３の磁束によって磁気飽和させることで、フェライト磁石１２の磁束がＮ極−Ｓ極間で短絡するのを防ぎ、磁極を構成する主磁束量を大きくしてギャップ中の磁束密度を高めることができる。
【００２７】
また、回転子コア１１は一体なので、上述した特許文献３のように分割された回転子コアを永久磁石、シャフトと共に樹脂で一体化するといった工程は不要であり、回転子１と図示しない固定子間のエアギャップを小さくかつ回転子１を高精度に一体化させることができる。なお、ネオジム磁石１３の使用量は上述した本実施例に限定されるものではなく、連結部１１５に働く応力と、ギャップ中の磁束密度の大きさを基にその使用量が最小になるように磁石形状を決めれば好適である。
【００２８】
上述した本実施例に係る永久磁石式回転機の回転子構造によれば、回転子コア１が一体構造で、主磁束を発生する永久磁石としてフェライト磁石１２のように残留磁束密度が低い永久磁石を用いる場合であっても漏れ磁束を防ぎ、ギャップ中の磁束密度が高い回転機を提供することができる。
【００２９】
また、回転軸に対し放射状に永久磁石が配置された永久磁石式回転機におけるトルク脈動を抑制させる手段として、回転子コア１１の外径を磁極の中心で大きく、極と極との間では小さくするといったような回転子コアのステータ側表面の曲率を変更したい場合、回転子コアが分離された構造だと精度よくギャップを保持するには多くの部材と工数を要し、この際にギャップの精度が悪いと、トルク脈動が大きくなってしまうなどモータ特性を悪化させてしまうおそれがあるのに対し、本実施例に係る永久磁石式回転機の回転子構造においては回転子コア１１が一体構造であり、ギャップの精度は回転子コア１１の加工精度にのみ依存するため、圧入、焼き嵌めにより容易に回転子１を組み立てることができる。
【実施例２】
【００３０】
図３及び図４を用いて本発明の実施例２に係る永久磁石式回転機の回転子構造を詳細に説明する。
【００３１】
図３及び図４に示すように、本実施例に係る永久磁石式回転機の回転子構造は、図１及び図２に示し上述した実施例１に係る永久磁石式回転機の回転子構造に対してネオジム磁石の数および配置が異なるものである。その他の構造は実施例１に係る永久磁石式回転機の回転子構造とおおむね同様であり、以下、実施例１において説明した部材と同様の作用を奏する部材には同一の名称を付し、詳しい説明は省略する。
【００３２】
図３に示すように、本実施例に係る永久磁石式回転機の回転子構造において、回転子３は、非磁性体からなるシャフト２を嵌入して該シャフト２と一体的に回転する回転子コア３１と、回転子コア３１に放射状に埋設され主磁束を発生する複数（図３では８個）のフェライト磁石３２と、同じく回転子コア３１に埋設されフェライト磁石３２に比較して残留磁束密度が高い複数（図３では１６個）のネオジム磁石３３とを備えて構成されている。
【００３３】
図４に示すように、回転子コア３１は軸心部に形成されシャフト２が嵌入されるシャフト孔３１１と、シャフト孔３１１の径方向外側に該シャフト孔３１１とは間隙を置いて放射状に配設される複数（フェライト磁石３２と同数。図４では８個）の第一磁石孔３１２と、シャフト孔３１１と第一磁石孔３１２との間の間隙に配設される複数（ネオジム磁石と同数。図４では１６個）の第二磁石孔３１３とを備えている。
【００３４】
第一磁石孔３１２は断面視概ね矩形状の貫通孔であり、周方向に対して等間隔に配置されてフェライト磁石３２が挿入される。
【００３５】
また、第二磁石孔３１３は断面視概ね矩形状の貫通孔であり、周方向に間隙を置いて配置されネオジム磁石３３が挿入される。本実施例において第二磁石孔３１３は、一つの第一磁石孔３１２に対し、該第一磁石孔３１２の径方向内側面に対し周方向両端部をそれぞれ径方向内側に切り欠いて形成された二つの小磁石孔３１３ａ，３１３ｂから構成されている。換言すると、一つの回転子コア片３１４に対し、該回転子コア片３１４の径方向内側の基端部（以下、ジョイントという）３１６の周方向両側に小磁石孔３１３ａ，３１３ｂをそれぞれ配した構成となっている。
【００３６】
これにより、第二磁石孔３１３は、周方向に対して小磁石孔３１３ａと小磁石孔３１３ｂとが交互に配置された状態となっているとともに、小磁石孔３１３ａ、小磁石孔３１３ｂがそれぞれ周方向に対して等間隔に配置された状態となっている。
【００３７】
なお、図３に太線で示す矢印はフェライト磁石３２の磁化方向、細線で示す矢印はネオジム磁石３３の磁化方向を表している。図３に示すように、それぞれのフェライト磁石３２とその径方向内側に配置されるネオジム磁石３３とは、磁化方向が等しくなるように、それぞれ第一磁石孔３１２、第二磁石孔３１３に挿入されている。これにより、ジョイント３１６の周方向両側に位置するネオジム磁石３３はＮ極同士またはＳ極同士が対向した状態となっている。
【００３８】
この第二磁石孔３１３は、シャフト孔３１１との間に間隙を有しており、この間隙とシャフト孔３１１と第一磁石孔３１２との間の間隙とにより、周方向に相互に隣接する回転子コア片３１４を連結する連結部３１５が形成されている。
【００３９】
ここで、回転子コア３１の図示しないステータ側表面に現れる磁極は、一磁極当たり図１中に矢印で示す向きに着磁された二つのフェライト磁石３２が発生する主磁束によって構成される。
【００４０】
このとき、本実施例に係る永久磁石式回転機の回転子構造においては、ジョイント３１６を該ジョイント３１６を挟んで対向配置され図３中に矢印で示す向きに着磁されたネオジム磁石３３の磁束によって磁気飽和させることで、フェライト磁石３２の磁束がＮ極−Ｓ極間で短絡するのを防ぎ、磁極を構成する主磁束量を大きくしてギャップ中の磁束密度を高めることができる。
【００４１】
また、回転子コア３１は一体なので、上述した特許文献３のように分割された回転子コアを永久磁石、シャフトと共に樹脂で一体化するといった工程は不要であり、回転子３と図示しない固定子間のエアギャップを小さくかつ回転子１を高精度に一体化させることができる。なお、ネオジム磁石３３の使用量は上述した本実施例に限定されるものではなく、連結部３１５に働く応力と、ギャップ中の磁束密度の大きさを基にその使用量及び磁石形状を決めれば好適である。
【００４２】
上述した本実施例に係る永久磁石式回転機の回転子構造によれば、上述した実施例１に係る永久磁石式回転機の回転子構造と同様に、回転子コア３が一体構造で、主磁束を発生する永久磁石としてフェライト磁石１２のように残留磁束密度が低い永久磁石を用いる場合であっても漏れ磁束を防ぎ、ギャップ中の磁束密度が高い回転機を提供することができる。
【００４３】
また、回転軸に対し放射状に永久磁石が配置された永久磁石式回転機におけるトルク脈動を抑制させる手段として、回転子コア３１の外径を磁極の中心で大きく、極と極との間では小さくするといったような回転子コアのステータ側表面の曲率を変更したい場合、回転子コアが分離された構造だと精度よくギャップを保持するには多くの部材と工数を要し、この際にギャップの精度が悪いと、トルク脈動が大きくなってしまうなどモータ特性を悪化させてしまうおそれがあるのに対し、本実施例に係る永久磁石式回転機の回転子構造においては回転子コア３１が一体構造であり、ギャップの精度は元の回転子コア３１の加工精度にのみ依存し、圧入、焼き嵌めにより容易に回転子１を組み立てることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、永久磁石式回転機の回転子構造に関し、とくに回転軸に対し放射線状に永久磁石を配置した永久磁石式回転機の回転子構造に適用して好適なものである。
【符号の説明】
【００４５】
１，３  回転子
２  シャフト
１１，３１  回転子コア
１２，３２  フェライト磁石
１３，３３  ネオジム磁石
１１１，３１１  シャフト孔
１１２，３１２  第一磁石孔
１１３，３１３  第二磁石孔
１１４，３１４  回転子コア片
１１５，３１５  連結部
３１６  ジョイント
【図１】
2013198303.tif 000003
【図２】
2013198303.tif 000004
【図３】
2013198303.tif 000005
【図４】
2013198303.tif 000006